一、现场总线技能的鼓起和商场动力
七十年代，微处理器技能的前进以及“会集办理、涣散操控”的危险操控战略促成了依据微处理器芯片的集散操控体系开端进入商场，一起也将用于操控器之间和操控器与上位机之间的数据通讯的计算机通讯网络技能引入了工业自动化范畴。但此刻因为各自动化厂商的操控体系自成一体，网络通讯仅仅其体系的内部功用之一，无需与外界进行数据交换。八十年代今后，跟着微处理器芯片使用的不断浸透，“智能化”的传感器、开关、执行组织等工业现场操控器材不断涌现，但各厂商依据所出产的元器材的特征而开发的数据通讯协议也是形形色色、品种繁复，单个的元器材好像充满了“智能”，但与操控体系集成时依然只能沿袭传统的电缆接线1对1接入I/O接口板，并不能真实表现其“智能化”的长处。因而要将这些很多不同厂商的“智能化”现场操控元器材集成为一个彻底数字化的集散操控体系，公共敞开的网络通讯协议标准就显得十分必要。在这一商场动力的推进下，各操控体系（包括PLC和DCS）的出产厂商依据其原先内部专用的网络通讯技能纷繁提出了各式各样敞开程度不同的现场总线通讯协议标准，并跟着技能的前进不断弥补和完善。
二、现场总线技能标准化的现状
从上世纪八十年代开端，美国外表协会（ISA）和世界电工委员会（IEC）即已树立专门的组织来研讨和提呈现场总线技能标准。但是因为种种原因，经过长达十多年的尽力，总算在2000年公布的世界标准IEC61158却是一份让一切自动化范畴相关人员感到困惑和为难的标准，因为它包括八种互不兼容的总线协议。跟着IT技能不断向工业范畴浸透，以太网（Ethernet）作为新的现场总线技能让很多人充满了希望，但2003年第三版的lEC61158标准的公布，在新版本中增加了三种依据以太网技能的新协议，将总线协议的标准增加到十一种，一起还有更多的依据以太网技能的新协议正活跃尽力参加到标准的协议集内。
三、现场总线技能标准化进程的剖析考虑
剖析用户的需求，咱们大致能够将用户对现场总线的技能要求和希望分为以下三个层次：
1） 智能元器材与操控器（站）之间的互连互通，首要意图是代替传统的I/O电缆。其要求是能传送传统的I/O数据，并附加传送一些智能元件特有的告警和故障确诊信息。
2） 在传送以上实时监控数据的根底，用户进一步的要求是希望经过网络来进行会集的工程设计组态、程序动态修正下载以及元器材的长途确诊和校准等。
3） 在互连互通的根底上，用户希望能够在各种情况下“重构”体系，如在元器材损坏替换、体系改扩建以及体系晋级或部分晋级等情况下，要求能够无障碍地接入第三方的元件或新技能条件下的晋级产品。
从以上用户的需求上能够看出，用户是希望经过现场总线技能，使用网络数据通讯的手法完成各种智能元器材与操控器（站）之间的“互连”、“互通”、“交换”，但并没有要求说一切这些功的有必要在一个“单一”的一致网络来完成。正如在Internet网络上用户希望完成电子邮件、文件下载、网络阅读、网上游戏等服务，但这并没有要求Internet网络有必要是一个“单一”的“同构”网络。
从通讯协议的构筑模型上看，现在简直一切的通讯协议一般来说都是参照OSI的七层模型，但绝大多数协议都是从物理层开端“自底向上”自成一体地构筑一个“笔直一体化”的协议栈，使得八种标准协议之间在任何层次上都很难“互连”、“互通”，更谈不上“交换”功用。事实上拟定OSI分层模型的意图是让包括不同技能元素不同开展改变速度的通讯实体分为彼此独立的层次，以使各层次既能够彼此结合成为一个端对端完好的协议栈，又能够彼此独立开展而不互相制约。比如在咱们最了解的Internet网络协议簇中，因特网之所以能够如此成功，便是以TCP/IP协议栈为中心，对上能够服务很多不同的使用层协议（WWW、FTP、电子邮件等），向下则可在很多不同的局域网（Ethernet、FDDI等）、广域网（拨号网络、X.25等）渠道上完成。
从某种意义上来说，现场总线技能的标准化进程呈现现在窘境的原因很大程度上或许是最初一开端就将“单一的笔直一体化的同构网络”这一过于“抱负”的希望设定为技能标准的方针，成果不光不能到达意图，反而拔苗助长，呈现了“群雄纷争，互不兼容”的局势。
四、CIP协议架构的启示
CIP协议标准是叠加在ControlNet、DeviceNet和EtherNet这三种彻底不同的网络技能渠道之上的“与网络硬件技能无关”的公共的“网络传输层、使用层、用户层”协议标准，也便是说它能够完成“异构网络”下的体系的“互连”、“互通”，直至“交换”功用。依照OSI七层通讯模型，CIP协议架构下的协议栈结构如下图所示。
由以上示意图能够看到，与其它现场总线技能通讯协议一个很大的不同便是有一个具有“网络传输层”功用的“CIP Messaging”协议标准。其间最中心的部分便是将使用方针之间通讯联系笼统为“衔接（Connection）”，并与之相应拟定了使用方针的逻辑地址标准，从而使CIP协议能够不依赖于某一详细的网络硬件技能，而是用逻辑方针地址来界说“衔接（Connection）”联系。
并将某一种详细的网络技能渠道笼统为与网络接口相关的“物理链路方针（Link Object）”，这样使得CIP协议在不同的网络技能渠道上详细完成时仅有需求的接口便是与该网络渠道相对应的“物理链路方针（Link Object）”，如“DeviceNet Link Object”、“ControlNet Link Object”和“Ethernet Link Object”等等，而其上层的协议都可不受影响并保持一致，这也就为在跨渠道的“异构网络”条件下完成体系的“互连”、“互通”，直至“交换”功用奠定了根底。
更进一步，与其它很多“自底向上”构筑“笔直一体化”通讯协议的现场总线技能不同，它不是依据物理层和数据链路层所能供给的通讯服务原语来界说“衔接（Connection）”联系，而是“自顶向上”，依据来自“用户层和使用层”的用户和详细使用范畴的实践数据通讯需求， 将“衔接（Connection）”联系又细分界说为以下三品种型：
I/O Connection：首要是针对传送用于监督、操控等有必定的实时性要求的数据时的通讯联系，其间绝大部分应该是传送传统上用于实时监控的I/O数据，故以此命名。这种“衔接（Connection）”联系的特征是有必要预先经过装备东西逐个对与该“衔接（Connection）”相关联的使用方针及整个数据链路上的各个节点进行装备和分配固定的资源后才干树立起来，其优势便是一旦树立起这一“衔接（Connection）”，则一切参加这一通讯联系的使用方针之间现已对数据内容达到一致，因而一切传送数据均为“元数据”，无需对数据类型或数据本身作任何标识阐明或功用描绘，传输功率最高，并且整个数据链路已预分配资源，传输可靠性也最高，所以能够满意“实时”操控数据的传送要求。
Explicit Message? Connection：首要是针对传送用于工程设计组态、会集办理保护、故障确诊调试等进程中所需传送的非实时信息。它通常是经过点对点的报文传送在两个使用方针之间以彼此交互的方法传送，因为报文中的数据内容会跟着两边的状况改变和交互进程而改变，因而报文本身有必要一起带着对传送数据的类型标识和功用描绘，因而将其命名为“显式报文衔接（Explicit Message Connection）。这种“衔接（Connection）”联系的特征是通讯两边的任何一方使用方针均可应本身的信息传送需求动态建议和树立这种“衔接（Connection）”联系，并且是“点对点”的“双工”通讯形式，十分便于使用方针之间的“交互式对话”。通讯进程完毕后即撤除“衔接（Connection）”并收回资源，这一形式对“阵发式”信息类数据传送是十分适宜的。
Bridged Connection：因为在任何一个较大规划的体系中都不或许或不会将一切的操控元器材会集在一个物理网段中，即一般都或许装备成多个网段互连，或许是“同构网段”，也或许是“异构网段”。而当若有数据需从某一个网段传送到另一网段时，不论是I/O数据仍是Explicit Message，则其所要经过的跨网段的中心节点（Bridge）有必要承当路由所需的“衔接（Connection）”联系，实践上便是该节点有必要在其内部别离创立与每个网段“Link Object”相应的“背靠背”的“衔接（Connection）”方针。
纵观整个CIP协议标准，其间最具特征的是其“Connection”这一笼统方针，以及十分契合“操控和信息”传送需求的“Connection”分类模型：“I/O Connection”、“Explicit Message Connection”、“Bridged Connection”。这使得CIP协议真实成为一个“与网络硬件无关的具有路由功用的跨网络的网络通讯协议”，一起也使得它成为在“异构网络”环境下完成体系的“互连”、“互通”，直至“交换”功用的中心技能标准。
五、定论
经过对现在各种现场总线技能通讯协议的研讨剖析以为，现场总线技能的标准不应该设定为一个从物理层/数据链路层直至使用层和用户层的“笔直一体化”的单一标准，而应该是依照技能元素开展改变的特征，分层次构筑各层次的既彼此配合又彼此独立的技能标准，这样既答应多种技能协议并存竞赛，又能促进完成标准化进程的“互连”、“互通”，直至“交换”的方针。其间心部分或许能够放在与TCP/IP协议功用适当的“网络传输层”，CIP协议标准中“衔接（Connection）”这一模型是一个很好的典范。
参考文献
[1] CIP Common Specification, Volume 1, Release 1.0, June 5, 2001, ControlNet International and Open DeviceNet Vendor Association
[2] EtherNet/IP Adaptation of CIP Specification, Volume 2, Release 1.0, June 5, 2001, ControlNet International and Open DeviceNet Vendor Association
